[發(fā)明專利]基于自適應(yīng)位置預(yù)測的任意旋轉(zhuǎn)角度船舶檢測方法及系統(tǒng)

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 202110303070.4
• 申請日: 2021-03-22
• 公開（公告）號: CN113095373B
• 公開（公告）日: 2022-09-27
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 王磊;李陳;江雪;鄭寶玉;崔景伍;邱曉輝;竇海娥
• 申請（專利權(quán)）人: 南京郵電大學(xué);南京南郵通信網(wǎng)絡(luò)產(chǎn)業(yè)研究院有限公司
• 主分類號: G06K9/62
• 分類號: G06K9/62
• 代理公司: 南京縱橫知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 32224
• 代理人: 邵斌

1.一種任意旋轉(zhuǎn)角度船舶檢測方法，其特征是，包括：

提取衛(wèi)星圖像內(nèi)的所有特征，并進(jìn)行融合，獲取第一特征；

將第一特征輸入訓(xùn)練好的自適應(yīng)定位網(wǎng)絡(luò)，在不同的特征層自適應(yīng)地產(chǎn)生帶有候選框的候選船舶對象，并對候選框進(jìn)行初步的粗分類和邊界框回歸；

在候選框所在的候選區(qū)域內(nèi)對水平矩形框進(jìn)行旋轉(zhuǎn)并產(chǎn)生多個(gè)角度的旋轉(zhuǎn)檢測框，并使用掩膜過濾旋轉(zhuǎn)檢測框以外的特征，然后提取旋轉(zhuǎn)檢測框所在的候選區(qū)域內(nèi)的特征，并固定為特定大小的特征向量；

使用兩個(gè)全連接層對特定大小的特征向量進(jìn)行類別判斷和旋轉(zhuǎn)檢測框的回歸，得到最終的分類結(jié)果和旋轉(zhuǎn)檢測框，包括：在計(jì)算回歸損失時(shí)，對應(yīng)的旋轉(zhuǎn)檢測框五個(gè)參數(shù)轉(zhuǎn)換為如下：

其中，x是旋轉(zhuǎn)檢測框中的參數(shù)，同時(shí)也表示旋轉(zhuǎn)檢測框的中心點(diǎn)橫坐標(biāo)，x_a表示候選框參數(shù)，x′表示真實(shí)框中的參數(shù)，y表示旋轉(zhuǎn)檢測框的中心點(diǎn)縱坐標(biāo)，w表示旋轉(zhuǎn)檢測框的檢測框?qū)挾取表示旋轉(zhuǎn)檢測框的高度，θ表示旋轉(zhuǎn)檢測框的旋轉(zhuǎn)角度；訓(xùn)練時(shí)，在RoI網(wǎng)絡(luò)的分類部分的訓(xùn)練使用的是交叉熵?fù)p失函數(shù)，參數(shù)x，y，w，h使用的損失函數(shù)是smooth_L1損失函數(shù)，用來表示旋轉(zhuǎn)檢測框與真實(shí)框之間的差距，如下式：

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的任意旋轉(zhuǎn)角度船舶檢測方法，其特征是，所述提取衛(wèi)星圖像內(nèi)的所有特征，并進(jìn)行融合，獲取第一特征，包括：將衛(wèi)星圖像傳入ResNet101網(wǎng)絡(luò)，從ResNet101網(wǎng)絡(luò)的不同卷積層得到不同感受野大小的特征圖；對每一層特征圖進(jìn)行如下操作：將本層以上的高層感受野特征上采樣至與本層大小一致，并將對應(yīng)元素進(jìn)行組合，形成一個(gè)多維特征圖，將不同層生成的特征圖拼接，使用一個(gè)3×3大小的卷積核進(jìn)行卷積，縮小特征圖的維度為ResNet101網(wǎng)絡(luò)原始輸出特征圖大小，這個(gè)融合過的特征即為第一特征。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的任意旋轉(zhuǎn)角度船舶檢測方法，其特征是，所述自適應(yīng)定位網(wǎng)絡(luò)，包括RPN網(wǎng)絡(luò)里的一個(gè)卷積層，這個(gè)卷積層的輸出為候選框的概率，根據(jù)設(shè)定閾值進(jìn)行判斷，超過設(shè)定閾值則生成候選區(qū)域，反之則不生成。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的任意旋轉(zhuǎn)角度船舶檢測方法，其特征是，所述自適應(yīng)定位網(wǎng)絡(luò)單獨(dú)訓(xùn)練，并使用交叉熵?fù)p失函數(shù)計(jì)算損失值用于反向傳播訓(xùn)練，交叉熵?fù)p失函數(shù)定義為：

其中，CrossEntropy表示交叉熵?fù)p失函數(shù)，p’_i表示真實(shí)圖像中是否存在船舶，p’_i為1表示存在，p’_i為0表示不存在，p_i表示預(yù)測值是否包含船舶，p_i為1表示存在，p_i為0表示不存在，n表示的是樣本數(shù)量。

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的任意旋轉(zhuǎn)角度船舶檢測方法，其特征是，使用經(jīng)過修改的KL損失函數(shù)對旋轉(zhuǎn)檢測框中的旋轉(zhuǎn)角元素進(jìn)行損失計(jì)算，所述經(jīng)過修改的KL損失函數(shù)如下：

其中，x_g表示真實(shí)框的旋轉(zhuǎn)角度，x_e表示旋轉(zhuǎn)檢測框的旋轉(zhuǎn)角度，σ表示真實(shí)框旋轉(zhuǎn)角度與旋轉(zhuǎn)檢測框旋轉(zhuǎn)角度之間的標(biāo)準(zhǔn)差。

6.一種任意旋轉(zhuǎn)角度船舶檢測系統(tǒng)，其特征是，包括：

第一模塊，用于提取衛(wèi)星圖像內(nèi)的所有特征，并進(jìn)行融合，獲取第一特征；

第二模塊，用于將第一特征輸入訓(xùn)練好的自適應(yīng)定位網(wǎng)絡(luò)，在不同的特征層自適應(yīng)地產(chǎn)生帶有候選框的候選船舶對象，并對候選框進(jìn)行初步的粗分類和邊界框回歸；

第三模塊，用于在候選框所在的候選區(qū)域內(nèi)對水平矩形框進(jìn)行旋轉(zhuǎn)并產(chǎn)生多個(gè)角度的旋轉(zhuǎn)檢測框，并使用掩膜過濾旋轉(zhuǎn)檢測框以外的特征，然后提取候選框所在的候選區(qū)域內(nèi)的特征，并固定為特定大小的特征向量；

第四模塊，用于使用兩個(gè)全連接層對特定大小的特征向量進(jìn)行類別判斷和旋轉(zhuǎn)檢測框的回歸，得到最終的分類結(jié)果和旋轉(zhuǎn)檢測框，包括：在計(jì)算回歸損失時(shí)，對應(yīng)的旋轉(zhuǎn)檢測框五個(gè)參數(shù)轉(zhuǎn)換為如下：

其中，x是旋轉(zhuǎn)檢測框中的參數(shù)，同時(shí)也表示旋轉(zhuǎn)檢測框的中心點(diǎn)橫坐標(biāo)，x_a表示候選框參數(shù)，x′表示真實(shí)框中的參數(shù)，y表示旋轉(zhuǎn)檢測框的中心點(diǎn)縱坐標(biāo)，w表示旋轉(zhuǎn)檢測框的檢測框?qū)挾取表示旋轉(zhuǎn)檢測框的高度，θ表示旋轉(zhuǎn)檢測框的旋轉(zhuǎn)角度；訓(xùn)練時(shí)，在RoI網(wǎng)絡(luò)的分類部分的訓(xùn)練使用的是交叉熵?fù)p失函數(shù)，參數(shù)x，y，w，h使用的損失函數(shù)是smooth_L1損失函數(shù)，用來表示旋轉(zhuǎn)檢測框與真實(shí)框之間的差距，如下式：